CN108336732A - 一种基于新能源和市电供电的家庭灵活供电系统 - Google Patents

一种基于新能源和市电供电的家庭灵活供电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于新能源和市电供电的家庭灵活供电系统,其包括一个电源控制器、若干个结构相同的负荷控制器、一条一号火线以及一条二号火线。其中电源控制器的一号控制开关单元由四个开关组成,通过四个开关可以实现新能源电能和市电电能的选择接入,而且接入的电能经过一号火线还是二号火线进行输送也可以进行选择。负荷控制器有多个,每个负荷控制器同时接入到一号火线和二号火线上,负荷控制器的二号控制开关单元由两个开关组成,通过两个开关可以选择是从一号火线上还是从二号火线上接收电能,当然,负荷控制器还可以根据当前负荷的类型优选采用何种电能进行供电。本发明实现了供电电源与家庭负荷之间的双向选择,供电灵活性和可靠性高。

Description

一种基于新能源和市电供电的家庭灵活供电系统
技术领域
本发明涉及一种基于新能源和市电供电的家庭灵活供电系统。
背景技术
随着新能源发电技术的快速发展,越来越多的风、光等新能源接入到家庭供电系统中,形成了家庭微电网。然而目前的新能源接入控制设备,仅仅是将新能源电能与市电电能并接在一起,然后共同通过一根火线向家庭负荷供电。此种供电方式,由于新能源电能和市电电能之间相互不独立,无法满足家庭供电系统中对于多样性电源的要求。另外,由于家庭负荷对电能质量的要求不同,上述供电方式无法解决不同的家庭负荷对于电能接入类型的选择问题。此外,由于新能源电能与市电电能是并接在一起的,因而新能源电网中的谐波、电压波动等容易造成配电网的电能质量下降,从而影响了新能源在家庭电网中的推广。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于新能源和市电供电的家庭灵活供电系统,以实现供电电源与家庭负荷的双向选择以及供电线路的互为备用,从而提高供电系统的灵活性和可靠性。
本发明为了实现上述目的,采用如下技术方案:
一种基于新能源和市电供电的家庭灵活供电系统,包括一个电源控制器、若干个结构相同的负荷控制器、一条一号火线以及一条二号火线;其中:
电源控制器包括一号数据处理单元、一号电信号采集单元以及一号控制开关单元;一号电信号采集单元和一号控制开关单元分别与一号数据处理单元连接;
一号控制开关单元由一号开关、二号开关、三号开关以及四号开关组成;其中:
一号开关,被配置为用于将新能源电能接入到一号火线上;
二号开关,被配置为用于将新能源电能接入到二号火线上;
三号开关,被配置为用于将市电电能接入到一号火线上;
四号开关,被配置为用于将市电电能接入到二号火线上;
一号开关、二号开关、三号开关以及四号开关的开关状态均由一号数据处理单元控制;
一号电信号采集单元,被配置为用于采集市电电能或新能源电能供电时一号火线和二号火线上的负荷数据信息;
在一号数据处理单元上还连接有载波通信单元和/或无线通信单元;
各个负荷控制器的输入端同时接入到一号火线和二号火线上;
每个负荷控制器的输出端连接有一类负荷;
其中,各类负荷是按照负荷的自身特性以及运行时负荷对电源的要求进行划分的;
每个负荷控制器均包括二号数据处理单元、二号电信号采集单元以及二号控制开关单元;二号电信号采集单元和二号控制开关单元分别与二号数据处理单元连接;
二号控制开关单元由五号开关和六号开关组成;其中:
五号开关,被配置为用于将一号火线上的电能接入并为相应负荷供电;
六号开关,被配置为用于将二号火线上的电能接入并为相应负荷供电;
五号开关和六号开关的开关状态均由二号数据处理单元控制;
二号电信号采集单元,被配置为用于采集与当前负荷控制器相连的负荷的数据信息;
在二号数据处理单元上还连接有载波通信单元和/或无线通信单元。
优选地,所述一号数据处理单元上还连接有键盘和显示单元。
优选地,所述二号数据处理单元上还连接有键盘和显示单元。
优选地,所述一号电信号采集单元包括电压采集单元和/或电流采集单元。
优选地,所述二号电信号采集单元包括电压采集单元和/或电流采集单元。
优选地,每个负荷控制器的输出端连接有一类负荷;
其中,各类负荷是按照负荷的自身特性以及运行时负荷对电源的要求进行划分的。
优选地,所述新能源电能包括风能或太阳能。
本发明具有如下优点:
本发明中的火线有两条,分别为一号火线和二号火线,电源控制器有一个,该电源控制器的一号控制开关单元由四个开关组成,通过四个开关可以实现新能源电能和市电电能的选择接入,而且接入的电能经过一号火线还是二号火线进行输送也可以进行选择。本发明中的负荷控制器有多个,每个负荷控制器同时接入到一号火线和二号火线上,负荷控制器的二号控制开关单元由两个开关组成,通过两个开关可以选择是从一号火线上还是从二号火线上接收电能,当然,负荷控制器还可以根据当前负荷的类型优选采用何种电能进行供电。本发明很好实现了两种供电电源与用电负荷之间的双向选择以及供电线路的互为备用。由于本发明中的新能源和市电电能是相互独立且互不干涉的,因而极大满足了家庭供电系统对于多样性电源的要求。另外,不同的用电负荷可以根据需求的电能质量不同,灵活选择需要接入的电能类型。此外,由于本发明中新能源与市电是分开的,因而新能源电网中的谐波、电压波动等不会造成配电网的电能质量下降,促进了新能源在家庭电网中的推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例中基于新能源和市电供电的家庭灵活供电系统的结构框图;
图2为本发明实施例中电源控制器的结构框图;
图3为本发明实施例中负荷控制器的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明:
实施例1
结合图1所示,一种基于新能源和市电供电的家庭灵活供电系统,包括一个电源控制器、若干个负荷控制器、一条一号火线L1、一条二号火线L2、一条零线N和一条地线E。
电源控制器的作用在于,选择电能的接入类型,例如是新能源电能接入还是市电电能接入,该电源控制器还可以选择接入的电能是走一号火线L1还是二号火线L2。
本发明实施例中的新能源电能包括风能或太阳能等。
下面说明一下本实施例中两条火线的必要性:
假如在家庭供电系统中,只存在一条火线,由于本发明实施例中新能源电能和市电电能是相互独立的,因而只能选择其中一种电能进行供电。
由于家庭负荷对于电能的质量要求不同,假如接入的电能是新能源电能,则整条火线上走的全部是新能源电能,电脑及打印机等电能要求质量高的负荷只能选择新能源供电,而新能源电网中的谐波、电压波动等势必会对电脑及打印机等的正常工作产生影响。
反过来,假如接入的电能是市电电能,如果只有一根火线,则对于一些对于电能要求质量不高的负荷则无法很好利用到新能源电能。
由此可见,一条火线明显无法实现新能源电能和市电电能的灵活供电要求。
基于此,本发明选用两条火线以便实现供电系统的灵活供电是非常必要的。
如图2所示,电源控制器包括一号数据处理单元、一号电信号采集单元以及一号控制开关单元。一号电信号采集单元和一号控制开关单元分别与一号数据处理单元连接。
本发明实施例中的一号控制开关单元由四个开关组成,分别为一号开关、二号开关、三号开关以及四号开关。其中:
一号开关,被配置为用于将新能源电能接入到一号火线L1上。
二号开关,被配置为用于将新能源电能接入到二号火线L2上。
三号开关,被配置为用于将市电电能接入到一号火线L1上。
四号开关,被配置为用于将市电电能接入到二号火线L2上。
一号开关、二号开关、三号开关以及四号开关的开关状态均由一号数据处理单元控制。
通过设置上述一号控制开关单元,实现了新能源电能和市电电能的选择接入,另外,将接入的电能通过哪条火线进行输送也是可以灵活选择的。
例如:本发明通过上述一号控制开关单元,可以实现新能源电能和市电电能的同时接入,且新能源电能和市电电能分别从其中一条火线上进行输送。
当然,通过上述一号控制开关单元,也可以仅仅实现新能源电能的接入,该接入的新能源电能可以从一号火线L1或二号火线L2上进行输送。
接入的新能源电能也可以同时从一号火线L1和二号火线L2上进行输送。
通过上述一号控制开关单元,也可以仅仅实现市电电能的接入,该接入的市电电能可以从一号火线L1或二号火线L2上进行输送。
接入的市电电能也可以同时从一号火线L1和二号火线L2上进行输送。
上述一号控制开关单元与两条火线配合,可以保证新能源电能不正常或没有市电接入的情况下,家庭供电网络不会或基本不会受到影响,提高了供电灵活性。
一号电信号采集单元,被配置为用于采集市电电能或新能源电能供电时一号火线L1和二号火线L2上的负荷数据信息。
其中一号电信号采集单元可以为电压采集单元,也可以为电流采集单元,当然,还可以同时包括电压采集单元和电流采集单元,如图1所示。
通过采集一号火线L1和二号火线L2上的电压、电流等电量信息,实现对连接于一号火线L1和二号火线L2上的负荷数据信息的采集。
当然,在一号数据处理单元上还连接有键盘和显示单元。通过键盘和显示单元可以实现用户向电源控制器输入运行指令或查询信息。
在一号数据处理单元上还连接有载波通信单元。数据信息经过一号数据处理单元处理后,一方面用于电源的切换控制及监测保护,另一方面通过载波通信单元将数据信息传递给各个负荷控制器,以便各个负荷控制器选择从一号火线L1或二号火线L2上取电。
当然,在一号数据处理单元上还连接有无线通信单元,例如Wifi单元或Zigbee单元。数据信息经过处理后通过无线的方式发送给各个负荷控制器。
本发明实施例通过上述载波通信单元和/或无线通信单元,利于实现电源控制器与各个负荷控制器之间不同形式的组网,方便数据信息的传递。
基于此,本发明实施例1中一号数据处理单元控制一号开关、二号开关、三号开关和四号开关的手段有用户设置、按采集到的电流、电压数据信息或通信指令三种。
各个负荷控制器的结构相同。各个负荷控制器的输入端同时接入到一号火线L1和二号火线L2上,每个负荷控制器的输出端均连接有负荷。
优选地,在每个负荷控制器的输出端连接有一类负荷。
其中,各类负荷是按照负荷的自身特性以及运行时负荷对电源的要求进行划分的。
例如按照负荷的自身特性以及运行时负荷对电源的要求对家庭负荷进行划分,通过划分,将家庭负荷分为四类,分别为A类、B类、C类和D类;其中;
A类负荷为对电源的供电质量要求高以及不经常使用的家庭负荷;
B类负荷为需要长时间运行的家庭负荷;
C类负荷为电热水器类的家庭负荷;
D类负荷为待机时负荷较小但运行时负荷较大的家庭负荷。
负荷控制器有四个,分别定义为一号、二号、三号和四号负荷控制器。
其中,一号负荷控制器连接有A类负载;二号负荷控制器连接有B类负载;三号负荷控制器连接有C类负载;四号负荷控制器连接有D类负载。
各个负荷控制器之间也通过无线方式进行组网通信。
如图3所示,每个负荷控制器均包括二号数据处理单元、二号电信号采集单元以及二号控制开关单元;二号电信号采集单元和二号控制开关单元分别与二号数据处理单元连接。
二号控制开关单元由五号开关和六号开关组成。其中:
五号开关,被配置为用于将一号火线L1上的电能接入并为相应负荷供电。
六号开关,被配置为用于将二号火线L2上的电能接入并为相应负荷供电。
五号开关和六号开关的开关状态均由二号数据处理单元控制。
二号电信号采集单元,被配置为用于采集与当前负荷控制器相连的负荷的数据信息。
以一号负荷控制器为例,该一号负荷控制器连接有A类负载。
当A类负载运行时,一号负荷控制器可以根据时段以及A类负载对电能要求的质量,选择从一号火线L1或二号火线L2上取电,进而实现了新能源和市电的灵活接入。
例如,在白天时,由于家庭用电并非高峰期,此时,可以将尽可能多的家庭负荷(电能要求质量一般)接入到新能源电能中,以便实现新能源的充分利用。
而到了晚上家庭用电高峰期,可以将有一定电能质量要求的负荷接入到市电中。
二号电信号采集单元可以采集A类负载在运行时的负荷数据信息。
其中二号电信号采集单元可以为电压采集单元,也可以为电流采集单元,当然,还可以同时包括电压采集单元和电流采集单元,如图3所示。
通过采集有关电压、电流等电量信息,实现了对A类负荷运行数据信息的采集。
当然,在二号数据处理单元上还连接有键盘和显示单元。通过键盘和显示单元可以实现用户向负荷控制器输入运行指令或查询信息。
在二号数据处理单元上还连接有载波通信单元。数据信息经过二号数据处理单元处理后,一方面用于电源的切换控制,另一方面通过载波通信单元将数据信息传递给其他各个负荷控制器和电源控制器,以便各个负荷控制器选择从一号火线L1或二号火线L2上取电。
当然,在二号数据处理单元上还连接有无线通信单元,例如Wifi单元或Zigbee单元。数据信息经过处理后通过无线的方式发送给电源控制器和其他各个负荷控制器。
本发明实施例通过上述载波通信单元和/或无线通信单元,利于实现电源控制器与各个负荷控制器之间不同形式的组网,方便数据信息的传递。
上述组网方式,方便不同类型的负荷根据对电能质量的要求、时段的要求不同,在新能源电能和市电电能之间灵活进行选择,提高了家庭供电系统的灵活性和可靠性。
基于此,本发明实施例1中二号数据处理单元控制五号开关和六号开关的手段有用户设置、按采集到的电流、电压数据信息或通信指令三种。
实施例2
本实施例2述及了一种基于新能源和市电供电的家庭负荷接入控制方法,该控制方法基于上述实施例1中的基于新能源和市电供电的家庭灵活供电系统。
具体的,基于新能源和市电供电的家庭负荷接入控制方法,包括如下步骤:
s1.按照负荷的自身特性以及运行时负荷对电源的要求对家庭负荷进行划分,通过划分,将家庭负荷分为四类,分别为A类、B类、C类和D类;其中;
A类负荷为对电源的供电质量要求高以及不经常使用的家庭负荷;
B类负荷为需要长时间运行的家庭负荷;
C类负荷为电热水器类的家庭负荷;
D类负荷为待机时负荷较小但运行时负荷较大的家庭负荷。
负荷控制器有四个,分别定义为一号、二号、三号和四号负荷控制器;
其中,一号负荷控制器连接有A类负载;二号负荷控制器连接有B类负载;三号负荷控制器连接有C类负载;四号负荷控制器连接有D类负载。
各个负荷控制器之间通过载波或无线方式进行组网通信(下面以无线组网为例)。
s2.各类负荷在投入运行时,按照下述步骤选择接入新能源电能或市电电能:
s2.1.根据各个负荷控制器中电信号采集单元采集的负荷数据信息,计算出当前新能源电能的输出功率,将该当前新能源电能的输出功率记为Pnew
定义新能源电能的最大允许输出功率为Pnewmax,定义A类负荷的功率为PA,定义B类负荷的功率为PB,定义C类负荷的功率为PC,定义D类负荷的功率为PD
其中,此处的D类负荷的功率是指D类负荷在运行时的功率(待机功率可忽略)。
s2.2.若A类负荷要投入运行,一号负荷控制器首先判断是否有市电电能接入:
如果有市电电能接入,则优先接入市电电能;
如果没有市电电能接入,则判断Pnew+PA是否小于等于Pnewmax
若满足条件,则一号负荷控制器将新能源电能接入为A类负荷供电;
若不满足条件,则通过无线网络将信息传递至三号负荷控制器和四号负荷控制器,通过将已经接入新能源的C、D类负荷按照顺序依次断开,直到满足条件为止;
此时,一号负荷控制器将新能源电能接入为A类负荷供电。
s2.3.若B类负荷要投入运行,二号负荷控制器首先判断新能源电能是否正常:
如果新能源电能不正常,则二号负荷控制器将B类负荷接入市电电能;
如果新能源电能正常,则判断Pnew+PB是否小于等于Pnewmax
若满足条件,则二号负荷控制器将B类负荷接入新能源电能;
若不满足条件,则通过无线网络将信息传递至三号负荷控制器和四号负荷控制器,通过将已经接入新能源的C、D类负荷按照顺序依次断开,直到满足条件为止,此时,二号负荷控制器将新能源电能接入为B类负荷供电。
s2.4.若C类负荷要投入运行,三号负荷控制器首先与四号负荷控制器联动,并判断是否有D类负荷接入到新能源电能中:
若有D类负荷且满足Pnew-PD+PC≤Pnewmax,则在D类负荷处于待机状态时将C类负荷接入到新能源电能投入运行,当D类负荷处于运行状态时将C类负荷从新能源电能断开;
若新能源电能中没有D类负荷,则判断Pnew+PC是否小于等于Pnewmax
如果满足条件,则三号负荷控制器将C类负荷接入新能源电能;
如果不满足条件,则三号负荷控制器将C类负荷接入市电电能。
s2.5.若D类负荷要投入运行,四号负荷控制器判断Pnew+PD是否小于等于Pnewmax
若满足条件,则四号负荷控制器将D类负荷接入新能源电能;
若不满足条件,则四号负荷控制器将D类负荷接入市电电能。
本方法通过对家庭负荷进行分类控制,并且针对不同的负荷给出最优化的接入控制方式,使得家庭电网中新能源发出的电能在家庭范围内尽可能的消纳使用,减少了向配电网回馈电能,减少了新能源电能中的谐波、电压波动等造成的配电网电能质量下降等问题。
当然,以上说明仅仅为本发明的较佳实施例,本发明并不限于列举上述实施例,应当说明的是,任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下,所做出的所有等同替代、明显变形形式,均落在本说明书的实质范围之内,理应受到本发明的保护。

Claims (7)

1.一种基于新能源和市电供电的家庭灵活供电系统,其特征在于,包括一个电源控制器、若干个结构相同的负荷控制器、一条一号火线以及一条二号火线;其中:
电源控制器包括一号数据处理单元、一号电信号采集单元以及一号控制开关单元;一号电信号采集单元和一号控制开关单元分别与一号数据处理单元连接;
一号控制开关单元由一号开关、二号开关、三号开关以及四号开关组成;其中:
一号开关,被配置为用于将新能源电能接入到一号火线上;
二号开关,被配置为用于将新能源电能接入到二号火线上;
三号开关,被配置为用于将市电电能接入到一号火线上;
四号开关,被配置为用于将市电电能接入到二号火线上;
一号开关、二号开关、三号开关以及四号开关的开关状态均由一号数据处理单元控制;
一号电信号采集单元,被配置为用于采集市电电能或新能源电能供电时一号火线和二号火线上的负荷数据信息;
在一号数据处理单元上还连接有载波通信单元和/或无线通信单元;
各个负荷控制器的输入端同时接入到一号火线和二号火线上;
各个负荷控制器的输出端连接有负荷;
每个负荷控制器均包括二号数据处理单元、二号电信号采集单元以及二号控制开关单元;二号电信号采集单元和二号控制开关单元分别与二号数据处理单元连接;
二号控制开关单元由五号开关和六号开关组成;其中:
五号开关,被配置为用于将一号火线上的电能接入并为相应负荷供电;
六号开关,被配置为用于将二号火线上的电能接入并为相应负荷供电;
五号开关和六号开关的开关状态均由二号数据处理单元控制;
二号电信号采集单元,被配置为用于采集与当前负荷控制器相连的负荷的数据信息;
在二号数据处理单元上还连接有载波通信单元和/或无线通信单元。
2.根据权利要求1所述的一种基于新能源和市电供电的家庭灵活供电系统,其特征在于,所述一号数据处理单元上还连接有键盘和显示单元。
3.根据权利要求1所述的一种基于新能源和市电供电的家庭灵活供电系统,其特征在于,所述二号数据处理单元上还连接有键盘和显示单元。
4.根据权利要求1所述的一种基于新能源和市电供电的家庭灵活供电系统,其特征在于,所述一号电信号采集单元包括电压采集单元和/或电流采集单元。
5.根据权利要求1所述的一种基于新能源和市电供电的家庭灵活供电系统,其特征在于,所述二号电信号采集单元包括电压采集单元和/或电流采集单元。
6.根据权利要求1所述的一种基于新能源和市电供电的家庭灵活供电系统,其特征在于,每个负荷控制器的输出端连接有一类负荷;
其中,各类负荷是按照负荷的自身特性以及运行时负荷对电源的要求进行划分的。
7.根据权利要求1至6任一项所述的一种基于新能源和市电供电的家庭灵活供电系统,其特征在于,所述新能源电能包括风能或太阳能。
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